2. Поверхностный аппарат клетки. Надмембранный и субмембранный комплекс, плазмалемма. Пути проникновения веществ в клетку: фаго – и пиноцитоз, их биологическая роль.

Состоит: 1. Из надмембранного комплекса – это структуры прилегающие к плазмалемме снаружи.

2. Из плазмолеммы.3. Из субмембранного комплекса – это структуры, прилегающие к плазмалемме из нутрии.

Надмембраный комплекс у раст клеток он представлен клеточной стенкой, у животных гликоликсом. Гликоликс состоит из гликопротеина муцина. Муцин покрывает поверхность клетки, выступает желудочно – кишечный тракт эпителиальной клетки и капилляры. Гликалис – это производные протопласта, участвует в связывании клеток и тканей.

Функции:

1. Иммунная. На поверхности клеток млекопитающих это специфическое вещество. На поверхности эритроцитов антигена AgA и AgP, которые способны агллютинировать чужеродные тела. 2. Фильтрационная. Пропускает в клетки молекул лишь определенного раствора.

2. Ионно – обменная может влиять на концентрацию ионов на поверхности клеток, захватывая ион NaCl.

Взаимодействие клетки с внешней средой и окружающими клетками осуществляется посредством поверхностного аппарата. Его основные функции определяются пограничным положением и включают:

1) барьерную (разграничительную) функцию; 2) функцию распознавания других клеток и компонентов межклеточного вещества; 3) рецепторную функцию, включая взаимодействие с сигнальными молекулами (гормоны, медиаторы и т.п.); 4) транспортную функцию;

5) функцию движения клетки посредством образования псевдо-, фило- и ламеллоподий).

Поверхностный аппарат клетки состоит из плазмолеммы (плазматической мембраны), надмембранного и подмембранного комплексов.

Плазмолемма (это плазматическая мембрана). Образована в основном белками и липидами в количественном соотношении примерно 1:1 (у прокариот в плазматической мембране преобладают белки). В настоящее время принимается так называемая жидко-мозаичная модель строения плазматической мембраны (модель Зингера—Николсона). Согласно этой модели, основу цитоплазматической мембраны составляет двойной слой липидных молекул, обращенных друг к другу гидрофобными участками. Внешняя же и внутренняя поверхности билипидного слоя образованы гидрофильными головками молекул. Они представляют собой остатки фосфорной кислоты, связанные с различными органическими соединениями (a-аминокислотами, высокомолекулярными спиртами или углеводами). Именно билипидный слой отвечает за барьерную функцию мембраны. Кроме основного билипидного слоя, в состав мембран входят белки двух разновидностей: периферические и интегральные. Периферические связаны с полярными головками липидных молекул электростатическими взаимодействиями. Они не образуют сплошного слоя и, собственно, не являются белками мембраны, а только связывают ее с над- или субмембранными системами поверхностного аппарата..

Функции плазмалеммы:

1. Транспортная; различают активный и пассивный транспорт.

Транспорт веществ с участниками переносчиков (Чаще являются белки или специальные насосы) активный транспорт. Разновидность активного транспорта является эндоцитоз, эктоцитоз. Эндоцитоз – это процесс поглощения веществ в клетке. Это фагоцитоз (поглощение твердых частиц) и пиноцитоз. Фагоцитоз был описан Мечниковым, он наблюдал поглощения частиц красителя фагоцитозами морской звезды. Включая 2 этапа: Абсорция частицы на поверхности клетки. Формирование фагоцитарного пузырька, путем обволакивания, фагоцитарными частичками или наружными отростками клетки.

Поглощенные молекулы подвергаются внутреннему перевариванию клеток встречается у простейших.

Пиноцитоз . Существует 2 типа. 1)Макропиноцитоз с участием субмембраного комплекса. 2) Микропиноцитоз без участия.

Обе разновидности пиноцитоза начинаются с абсорбции (происходит выпячивание плазматической мембраны, вместо контакта с инородным телом.) Затем происходит выпячивание, пузырьки растут, затем сливаются лизосомы (процесс осуществляется расщеплением полимеров до мономеров.

Экзоцитоз – Сущ. 2 типа выведение веществ из клетки. 1)Стимулированный – это секреция в ответ на определенный стимул (на повышенной концентрации кальция приводят к выведению секреторных гранул гликогена). 2)Конструктивная секреция – это непрерывный процесс выведения веществ.

Субмембранная часть поверхностного аппарата эукариотической клетки играет связующую роль между мембраной, цитоскелетом и основной цитоплазмой. К субмембранным компонентам поверхностного аппарата следует отнести периферическую мембранную часть цитоскелета с белками, обеспечивающими связь с мембраной. Цитоскелет представлен тремя тесно взаимосвязанными, но достаточно различающимися структурами. Состоит из 3 – х связанных систем: Система микротрубочек. Система микрофибрил. Промежуточных феломентов.

Микрофибриллы – это белковые нити, состоящие из белка актина расположенные друг к другу хаотично.

Микротрубочки – это тонкие нити белка актина. В состав актина входит миозин, он распространяется вдоль пучков микротрубочек. Микротрубочки не имеют мембранного строения, очень часто образуют скопления стенки микротрубочек состоят из протофеломентов из молекулы белка тубулина.

Функции микротрубочек: Скелет стабилизирует форму клетки. Двигательная создает систему упорядоченного движения микротрубочек.

Промежуточные феломенты

Распологаются по переферии клеток и собраны в пучки по химической природе это белки, (актин, меозин, альфа - актин). Все находится в хаотичном расположении. Все фибриллы им. диаметром около 10 нм. Основ. функция обеспечение целостности систем поверхности аппарата клетки.

3. Структурные компоненты клетки: ядро, цитоплазма, органоиды. Их организация и функции. (1 вопрос по праграммке)

Ядро имеется в клетках всех эукариот за исключением эритроцитов млекоп. У некот простейших имеются два ядра, но как правило, клетка содержит только одно ядро. Я. обычно принимает форму шара или яйца; по размерам (10–20 мкм) оно является самой крупной из органелл. Я. отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой, к-ая состоит из двух мембран: наруж и внутр, имеющих такое же строение, как и плазматическая мембрана. Между ними находится узкое пространство, заполненное полужидким веществом. Под ядерной оболочкой находится кариоплазма (ядерный сок), в к-ую поступают вещества из цитоплазмы. Кариоплазма содержит хроматин – вещество, несущее ДНК, и ядрышки. Ядрышко – это округлая структура внутри ядра, в к-ой происходит формирование рибосом.

Совокупность хромосом, содержащихся в хроматине, называют хромосомным набором. Число хромосом в соматических клетках диплоидное (2n), в отличие от половых клеток, имеющих гаплоидный набор хромосом (n).

Основными компонентами ядра являются: 1) ядерную оболочку, 2) ядерный сок – кариоплазма – относительная прозрачная и однородная масса; одно или два обычно округлых ядрышка, 4) хромосомы.

Ядерный сок – полужидкое вещество, которое находится под ядерной оболочкой и представляет внутреннюю среду ядра и в ядерном соке находится ядрышки и хромосомы., а также ферменты, участвующие в синтезе нуклеиновых кислот в ядре и рибосоме.Функции: В него поступают разнообразные вещества из ядра в цитоплазму.

Ядрышко – постоянная часть типичного интерфазного ядра. Ядрышко яв-ся наиболее плотной частью ядра. По хим-му составу ядрышко отл-ся относительно высокой конц-ии РНК. Ядрышко – это не постоянная структура; она исчезает вначале митоза и снова образуется в конце телофазы. Функции: ядрышка состоит в образовании или сборке рибосом, которыми снабжается цитоплазма..

Хромосомы – важнейшая составная часть ядра. В неделящихся ядрах хромосомы имеют форму тончайших нитей, к-ые представляют одну молекулу ДНК в соединении с белком. Число Х. постоянно. Форма Х. в метафазе зависит от местоположения центромеры (первичная перетяжка), от наличия вторичных перетяжек и спутников.

Химический состав хромосом. Основными компонентами хромосом являются ДНК и основные белки (протамины и гистоны).

Цитоплазма – представляет собой внутреннюю полужидкую среду клеток. В Ц. эукаратических клеток располагается ядро и различные органоиды. В составе основного вещества цитоплазмы преобладают белки.

Цитоплазма – это обязательная часть клетки заключенная между плазматической мембранной и ядром. Ц. пронизана микротрубочками филоментами и микрофиломентами. Филоменты и микрофиломенты в эукориотических клетках составляет цитоскелет, к-ые формируют опорнодвигательную систему клетки. Функции:1. В Ц. протекают основные процессы обмена веществ, она объединяет в одно целое ядро и все органоиды, обеспечивает их взаимодействие, деятельность клетки как единой целостной живой системы. 2.Обеспечивает внутри клеточный транспорт. 3. яв- ся местом отложения запасных веществ.4. Карказ клетки или цитоскелет.

Органоиды постоянные специализированные структуры в клетках животных и растений. К О. относят хромосомы, митохондрии, аппарат Гольджи, эндоплазматическую сеть, рибосомы и др., а в растительных клетках, кроме того, пластиды. Клеточную мембрану, реснички и жгутики тоже обычно не причисляют к органоидам.

Функции пластид: хлоропапст-фотосинтез, Аппарат Гольджи - сортировка и преобразование белков, Митохондрия - произ-во энергии, вакуоль - запас, поддержание гомеостаза, в клетках растений — поддержание формы клетки (тургор), ядро - Хранение ДНК, транскрипция РНК, рибосомы - синтез белка на основе матричных РНК при помощи транспортных РНК, везикулы - запасают или транспортируют питательные вещества, лизосомы - мелкие лабильные образования, содержащие ферменты, в частности гидролазы, принимающие участие в процессах переваривания фагоцитированной пищи и автолиза (саморастворение органелл), центриоли - Центр организации цитоскелета. Необходим для процесса клеточного деления (равномерно распределяет хромосомы), Меланосома- хранение пигмента, миофибриллы - сокращение мышечных волокон, ЭПС - трансляция и свёртывание новых белков (гранулярный эндоплазматический ретикулум), синтез липидов (агранулярный эндоплазматический ретикулум)

Животная и растительная клетки. Сравнение.

растит и жив клетки объединяются (вместе с грибами) в надцарство эукариот, а для клеток данного надцарства типично наличие мембранной оболочки, морфологически обособленного ядра и цитоплазмы (матрикс) содержащей различные органоиды и включения. Сравнение жив и раст клеток: Общие признаки:1. Единство структурных систем — цитоплазмы и ядра. 2. Сходство процессов обмена веществ и энергии. 3. Единство принципа наследственного кода.4. Универсальное мембранное строение. 5. Единство химического состава. 6. Сходство процесса деления клеток.4. Основные типы дыхания.

Раст кл: размер (10 – 100 мкм), форма - однообразная – кубическая или плазматическая. Характерно наличие толстой целлюлозной клет стенки, ядра у высокодифференцированных растительных клеток, как правило, оттеснены клеточным соком к периферии и лежат пристеночно, Пластиды характерны для клеток фотосинтезирующих раст. В зависимости от окраски различают три основных типа: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты, вакуоли - заполненные клеточным соком — водным раствором различных веществ, являющихся запасными или конечными продуктами. Осмотические резервуары клетки; запасные питательные в-ва в виде зерен крахмала, белка, капель масла; вакуоли с клеточным соком; кристаллы солей; Цитокинез путем образования посередине клетки фрагмопласта.; Автотрофный (фототрофный, хемотрофный); АТФ синтез в хлоропластах, запас пит в-во крахмал.

Животная кл: 10 – 30 мкм; Форма разнообразная; Имеют тонкую клеточную стенку, углеводный компонент относительно тонок (толщина 10 – 20 нм), представлен олигосахаридными группами гликопротеинов и гликолипидов и называется гликокаликсом; есть клет центр и центриоли; пластид нет; сократительные, пищевар, выдел вакуоли, обычно мелкие; запасные питательные вещества в виде зерен и капель (белки, жиры, углевод гликоген); конечные продукты обмена, кристаллы солей; деление путем образования перетяжки, запас пит углевод -гликоген, тип пит-гетеротрофный, синтез АТФ в митох.

4. Основные этапы энергетического обмена в клетке. Ультраструктурная организация и функция митохондрий. Основные типы дыхания. Механизмы аэробного и анаэробного процессов дыхания. Синтез АТФ в клетке.

Значение АТФ в обмене веществ. Энергия, высвобождающая при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в форме аденозинтрифосфата (АТФ). По своей химической природе АТФ относится к мононуклеотидам и состоит из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

Энергия, высвобождающаяся при гидролизе АТФ, используется клеткой для совершения всех видов работы. Значительные количества энергии расходуются на биологические синтезы. АТФ является универсальным источником энергообеспечения клетки. Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется благодаря процессу фосфорилирования, происходящему с разной интенсивностью при дыхании, брожении и фотосинтезе.

Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ.

Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения неорганического фосфата к АДФ. Энергия для фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена. Энергетический обмен, или диссимиляция, представляет собой совокупность реакции расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в два или три этапа.У большинства живых организмов – аэробов, живущих в кислородной среде, - в ходе диссимиляции осуществляется три этапа: подготовительный, бескислородный, кислородный. У анаэробов, обитающих в среде лишенной кислорода, или у аэробов при его недостатке, диссимиляция протекает лишь в два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, еще богатых энергией.

Первый этап – подготовительный – заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединении на более простые (белков на аминокислоты; полисахаридов на моносахариды; нуклеиновых кислот на нуклеотиды). Внутриклеточное расщепление органических веществ происходит под действием гидролитических ферментов лизосом. Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты, а образующиеся малые органические молекулы могут подвергнутся дальнейшему расщеплению и использоваться клеткой как «строительный материал» для синтеза собственных органических соединений.

Второй этап – неполное окисление – осуществляется непосредственно в цитоплазме клетки, в присутствии кислорода не нуждается и заключается в дальнейшем расщеплении органических субстратов. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Бескислородное, неполное расщепление глюкозы, называют гликолизом.

Третий этап – полное окисление – протекает при обязательном участие кислорода. В его результате молекула глюкозы расщепляется до неорганического диоксида углерода, а высвободившаяся при этом энергия частично расходуется на синтез АТФ. Происходит в митох. На этом этапе в процессе окисления важную роль играют ферменты, способные переносить электроны. Структуры, обеспечивающие прохождение третьего этапа, называют цепью переноса электронов. В цепь переноса электронов поступают молекулы — носители энергии, которые получили энергетический заряд на втором этапе окисления глюкозы. Электроны от молекул — носителей энергии, как по ступеням, перемещаются по звеньям цепи с более высокого энергетического уровня на менее высокий. Освобождающаяся энергия расходуется на зарядку молекул АТФ. Электроны молекул — носителей энергии, отдавшие энергию, соединяются в конечном итоге с кислородом. В результате этого образуется вода. В цепи переноса электронов кислород — конечный приемник электронов.

Основные типы дыхания. Дыхание – это последовательность катаболических процессов, в результате которых восстановленные органические соединения переходят в окисленные формы с высвобождением высокоорганизованной энергии (например, с образованием АТФ или подобных веществ). Универсальным источником энергии при дыхании (субстратом дыхания) во всех клетках служит глюкоза. Процесс полного окисления глюкозы состоит из трех стадий: гликолиз, цикл Кребса, терминальное окисление.

Гликолиз – это процесс ферментативного негидролитического расщепления глюкозы.

Различают собственно гликолиз как тип анаэробного брожения и гликолиз как подготовительный этап аэробного дыхания. При собственно гликолизе (анаэробном брожении) пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты. В ходе гликолиза как подготовительного этапа аэробного дыхания из одного моля глюкозы образуется два моля пировиноградной кислоты (ПВК), два моля АТФ и два моля НАД·Н+Н+. Гликолиз – довольно сложный процесс, протекающий при участии 13 ферментов.

Брожение. Дальнейшие превращения ПВК в анаэробных (или частично аэробных) условиях называются брожением или анаэробным дыханием. В животных клетках (при дефиците кислорода) и в клетках молочнокислых бактерий протекает молочнокислое брожение: ПВК может забирать атомы водорода от НАД·Н+Н+ и превращаться в молочную кислоту – C3Н6О3.

Цикл Кребса – это последовательность биохим реакций с участием трикарбоновых кислот. Иначе цикл Кребса называют циклом лимонной кислоты, поскольку он начинается с образования этого вещества. У эукариот цикл Кребса протекает в митохондриях. В ходе цикла Кребса пировиноградная кислота (ПВК) расщепляется до углекислого газа и атомов водорода, связанных с немембранными переносчиками НАД и ФАД. При этом окисление двух молей ПВК приводит к образованию двух молей ГТФ (макроэргического соединения, сходного с АТФ по строению и содержанию энергии).

Аэробное дыхание (терминальное окисление, или окислительное фосфорилирование) – это совокупность катаболитических процессов на мембранах митохондрий, завершающихся полным окислением органических веществ с участием молекулярного кислорода. При этом роль протонного резервуара играет межмембранный матрикс – пространство между внешней и внутренней мембранами.

Из 38 молекул АТФ, образующихся при полном окислении одной молекулы глюкозы, 2 молекулы образуется в ходе анаэробных реакций гликолиза, 2 молекулы в цикле Кребса и 34 молекулы – при терминальном окислении.

Механизм синтеза АТР в комплексе F1-F0 до конца не выяснен. На этот счет имеется ряд гипотез. Одна из гипотез, объясняющих образование АТФ посредством так называемого прямого механизма, была предложена Митчеллом. По этой схеме на первом этапе фосфорилирования фосфатный ион и AДФ связываются с F1- компонентом ферментного комплекса. Протоны перемены: через канал в Р0-компоненте и соединяются в фосфате с одним из атомов кислорода, который удаляется в виде молекулы воды. Атом кислорода AДФ соединяется с атомом фосфора, образуя АТФ, после чего молекула АТФ отделяете фермента. Для косвенного механизма возможны различные варианты. Один из них: AДФ и неорганический фосфат присоединяются к активному центру фермента без притока свободной энергии. Ионы Н + , перемещаясь по протонному каналу по градиенту своего электрохимического потенциала, связываются в определенных участках F1 вызывая конформационные изменения фермента, в результате чего из и АДФ и Рi синтезируется АТФ. Выход протонов в матрике сопровождается возвратом АТФ-синтетазного комплекса в исходное формационное состояние и освобождением АТФ. В энергизованном виде F1 функционирует как ATФ-синтаза. При отсутствии сопряжения между электрохимическим потенциалом ионов Н+ и синтезом АТФ энергия, освобождающаяся в результате обратного транспорта ионов Н+ в матриксе, может превращаться в теплоту. Иногда это приносит пользу, так как повышение температуры в клетках активирует работу ферментов. Процесс синтеза АТФ идет с помощью специального макуромолекулярного комплекса, катализирующего синтез и гидролиз молекул АТФ в хлоропластах и митохондриях—АТФ-синтазы